三相逆變器的諧波抑制方法應(yīng)用

李白龍

【摘 要】伴隨著開關(guān)型功率器件脈寬調(diào)試技術(shù)的普及運用，不可避免的會產(chǎn)生一定的諧波含量，傳統(tǒng)LCL型濾波器存在諧振峰值致使諧波分量過高的弊端，難以控制。本文提出一種諧波抑制方法，在不增加系統(tǒng)資源的前提下，合理的利用系統(tǒng)的現(xiàn)有資源對零序電流進行閉環(huán)控制，經(jīng)仿真和實際論證可有效減小并網(wǎng)電流的諧波含量，提高整機的輸出特性。

【關(guān)鍵詞】 逆變器 諧波抑制 光伏

1 引言

伴隨著開關(guān)型功率器件脈寬調(diào)試技術(shù)的普及運用，不可避免的會產(chǎn)生一定的諧波含量，多臺逆變器并網(wǎng)運行時很容易饋入到電網(wǎng)中，因此諧波的抑制一直以來都是各行業(yè)關(guān)注熱點，在現(xiàn)有的輸出濾波環(huán)節(jié)上，目前廣泛應(yīng)用的有LC，LCL型，因為電網(wǎng)自身感抗Lg的客觀存在，LC實質(zhì)也是LCL型，LCL型濾波器基本思想是利用電感和電容分別在高頻特性下的對開關(guān)紋波電流的高低阻抗特性，實現(xiàn)濾波效果。但是由于LCL型濾波器在理論上存在一個高幅值的諧振峰（其相位滯后會從-90°急劇變化到-270°，遠遠超過自控理論系統(tǒng)穩(wěn)定的-180°相位滯后條件），且不同電網(wǎng)下的感抗Lg不一樣，這就導(dǎo)致諧振峰值點的頻帶也會有所偏移，難以穩(wěn)定控制，當(dāng)前應(yīng)用較多的改進型LCL濾波器就是在電容支路上串聯(lián)電阻加以吸收抑制，串接電阻確實可以在全頻段很好地抑制諧振，但隨之而來的損耗不可避免，且電阻的串入也增加了該支路的阻抗，違背了電容低阻抗特性的設(shè)計初衷，影響實際濾波效果，針對這一情況目前亦有專利提出，在每一個電阻上并接電感，通過電感在不同頻段下的阻抗特性來降低電阻損耗過高的問題。但顯然的，電網(wǎng)自身感抗Lg的不確定性，諧振頻段會有所偏移，這就增加了并接電感的設(shè)計難度。

2 設(shè)計內(nèi)容

本方案的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了諧波抑制的方法。在不增加系統(tǒng)資源的前提下，合理的利用系統(tǒng)的資源，采用零序閉環(huán)控制方法，無需增加阻尼電阻即可提高系統(tǒng)輸出性能。

如圖1所示，為三相逆變器的拓撲電路圖，其包括直流DC端1，逆變電路2，LCL濾波電路3以及交流電網(wǎng)端AC4。

針對上述結(jié)構(gòu)，如引言所描述的，傳統(tǒng)的LCL濾波電路存在一個高增益的諧振峰值，會導(dǎo)致該頻段諧波含量過高，改進型電路則是在電容接到bus中點的支路上通過串聯(lián)阻尼電阻來加以吸收，從而抑制零序電流中的諧波含量，但由于增加電阻帶來的損耗不可避免，影響實際濾波效果，基于對零序電流諧波抑制的思路，提出一種零序電流抑制的控制方法，無需在電容接到bus中點的支路上通過串聯(lián)阻尼電阻。

方法具體描述如下：

根據(jù)所逆變器的三相輸出電流Ia，Ib以及Ic計算得到零序電流Io（Io=-（Ia+Ib+Ic），對得到的零序電流進行閉環(huán)PI控制，計算得出控制調(diào)節(jié)量再給到實際三相PWM的duty輸出上進行調(diào)節(jié)，控制三相電流的輸出，最終達到對零序電流諧波抑制的目的，原理圖如圖2 所示。

圖3為A相未導(dǎo)入和導(dǎo)入零序控制下的諧波分量仿真對比圖，其中諧波Thdi含量達到了23.13%，且輸出波形存在明顯振蕩現(xiàn)象，導(dǎo)入方案后諧波分量得到較好的抑制，效果明顯，橫坐標(biāo)表示頻率帶，縱坐標(biāo)表示各次諧波Thdi占基波分量的百分比。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對零序電流進行閉環(huán)控制，可以有效解決傳統(tǒng)LCL型濾波器存在諧振峰值致使諧波分量過高的弊端，從而有效減小并網(wǎng)電流的諧波含量，相較改進型的LCL濾波器而言，無需串入阻尼電阻，同樣實現(xiàn)諧波抑制，實現(xiàn)整機輸出特性的提升。

參考文獻：

[1]王穎杰.LCL濾波的三相變換器并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2012.12

[2]張興，邵章平 等.非隔離型三相三電平光伏逆變器的共模電流抑制[J].中國電機工程學(xué)報，2013年03期.